SBR乳液改性砂漿與水泥基體界面粘結(jié)性能

粗合成纖維混凝土是近年來逐漸發(fā)展起來的一種性能優(yōu)良的新型復(fù)合材料,與素混凝土相比,其可顯著提高混凝土的韌性、抗沖擊、抗疲勞、抗震及耐磨性等。粗合成纖維混凝土在發(fā)達(dá)國家已有多年的應(yīng)用歷史,其良好的性能已得到廣泛的認(rèn)同。因此,開展對(duì)粗合成纖維混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義。本文主要對(duì)粗纖維的進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)研究,重點(diǎn)研究了纖維埋置長度、基體強(qiáng)度對(duì)高彈模粗合成纖維-砂漿基體界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

針對(duì)丙烯酸、純丙和氯丁3種聚合物乳液砂漿在實(shí)際工程中粘結(jié)應(yīng)用的可靠性和粘結(jié)性差的問題,研究了各種粘結(jié)養(yǎng)護(hù)制度下的粘結(jié)性能和本體抗壓抗折強(qiáng)度,同時(shí)通過擬工程應(yīng)用的室外實(shí)驗(yàn)來評(píng)估粘結(jié)可靠性.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,聚合物砂漿有各自較適合的粘結(jié)養(yǎng)護(hù)制度,其種類不同,粘結(jié)性能各異,但都可以得到比參照普通砂漿有所提高的粘結(jié)強(qiáng)度.丙烯酸砂漿對(duì)老混凝土有更優(yōu)良的粘結(jié)性能.

聚合物乳液改性砂漿的長期粘結(jié)性能

為了保證聚合物乳液砂漿實(shí)際工程應(yīng)用中長期粘結(jié)的可靠性和安全性,本文通過試驗(yàn)研究了丙烯酸、純丙和氯丁聚合物乳液水泥基砂漿對(duì)老混凝土基材的粘結(jié)性能,包括:"8"字型新老砂漿粘結(jié)強(qiáng)度和戶外自然養(yǎng)護(hù)5年齡期的新老混凝土鉆芯拉拔粘結(jié)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明丙烯酸砂漿有著優(yōu)良的長期粘結(jié)性能,而純丙和氯丁砂漿卻較差。三種聚合物乳液改性砂漿粘結(jié)電鏡試驗(yàn)結(jié)果與其宏觀性能相吻合。

通過實(shí)驗(yàn)研究鋼纖維、聚丙烯纖維、碳纖維等三種不同種類纖維和sbr乳液在單摻、復(fù)摻時(shí)對(duì)新拌砂漿與水泥混凝土基體之間界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響,尋求適合于混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)的新材料。在預(yù)先處理的基體表面澆筑不同類型的新拌水泥砂漿,在溫度為(20±2)℃,濕度為(60±5)rh%的養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28d后,測試粘結(jié)面的粘結(jié)強(qiáng)度,通過粘結(jié)強(qiáng)度來反映不同種類纖維和乳液單摻、復(fù)摻對(duì)新舊水泥基體料粘結(jié)效果的影響。同時(shí)分析了纖維和乳液對(duì)新舊水泥基界面粘結(jié)性能作用的機(jī)理。研究結(jié)果表明,摻量為0.1%的碳纖維砂漿以及摻量不小于0.3%的鋼纖維砂漿在復(fù)摻sbr(styrene-butadienerubber)乳液的情況下對(duì)界面粘結(jié)性能作用效果比纖維、乳液單摻情況下均要好,而聚丙烯纖維與乳液復(fù)摻效果不明顯。不同種類的纖維砂漿在復(fù)摻sbr乳液的情況下,均能有效改善新拌纖維砂漿與基體之間界面結(jié)性能,且隨著乳液摻量的增加作用效果越好。鋼纖維聚合物砂漿和碳纖維聚合物砂漿適用于混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)。

研究了在采用不同的界面劑處理下,水泥基砂漿加固混凝土構(gòu)件的界面粘結(jié)抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)抗剪強(qiáng)度,并進(jìn)行了加固砂漿和基層混凝土的界面處的微觀結(jié)構(gòu)觀測分析。研究結(jié)果表明:界面劑對(duì)提高界面粘結(jié)強(qiáng)度有利,純水泥凈漿不能用作界面劑;硅粉、膨脹劑和高效減水劑合用能有效增強(qiáng)水泥基界面劑的粘結(jié)強(qiáng)度并控制干縮開裂;以超細(xì)硅酸鹽水泥代替普通硅酸鹽水泥,水泥基界面劑的粘結(jié)抗拉強(qiáng)度可提高60%,28d后強(qiáng)度基本穩(wěn)定;可再分散聚合物膠粉能明顯提高水泥基界面劑的粘結(jié)強(qiáng)度。

利用有限元軟件abaqus建立纖維復(fù)合材料(frp)-磚界面分析模型,模擬其粘結(jié)應(yīng)力分布,加載端荷載-位移曲線及界面應(yīng)力的傳遞過程,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析.結(jié)果表明:數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,采用的frp-磚界面計(jì)算模型具有可行性;粘結(jié)承載力隨著frp與磚粘結(jié)長度的增加而增加,當(dāng)粘結(jié)長度達(dá)到某一定值后,粘結(jié)承載力基本不增長,此時(shí)增加粘結(jié)長度可改善試件的延性,增加試件的極限位移.

錨固混凝土以后，砂漿因?yàn)榫邆浔容^大的無機(jī)材料優(yōu)勢，成為施工操作中具備一定前景的粘結(jié)錨固材料，在這其中，

混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)失效和功能失效不僅影響人們的正常生活且造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,所以對(duì)復(fù)合改性修補(bǔ)水泥混凝土的研究極為重要;而在其修補(bǔ)中經(jīng)常遇到修補(bǔ)的脫落和失效等問題,且由于修補(bǔ)界面相對(duì)于修補(bǔ)材料和基材而言屬于薄弱部分,所以這些現(xiàn)象主要發(fā)生在新舊材料之間的修補(bǔ)界面過渡區(qū)內(nèi)。鑒于此,本文的第一部分對(duì)聚丙烯纖維聚合物乳液改性硫鋁酸鹽水泥修補(bǔ)砂漿的性能進(jìn)行研究,研制高性能改性修補(bǔ)砂漿;第二部分對(duì)舊基體界面處理方案與修補(bǔ)粘結(jié)性能的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究,探討提高修補(bǔ)粘結(jié)性能的試驗(yàn)方案。

針對(duì)水泥復(fù)合砂漿的粘結(jié)問題,研究了高效減水劑、聚合物膠粉和養(yǎng)護(hù)制度等因素對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響,研究結(jié)果表明:養(yǎng)護(hù)制度能顯著影響砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度,高效減水劑可以顯著提高砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度,聚合物膠粉雖然沒有增加砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度,但能減小養(yǎng)護(hù)制度對(duì)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

研究了可再分散乳膠粉膠粉、羥丙基甲基纖維素醚、聚丙烯腈纖維等因素對(duì)特細(xì)砂粘結(jié)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明:三者均可提高砂漿的粘結(jié)性能,以可再分散乳膠粉提高作用最為明顯,摻量1.5%時(shí)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和壓剪粘結(jié)強(qiáng)度可提高1倍左右;纖維對(duì)砂漿粘結(jié)性能的影響較小,僅能提高30%。

主要探討了聚合物乳液改性水泥砂漿對(duì)混凝土基底的粘結(jié)性能試驗(yàn)方法及評(píng)價(jià)方法,比較了傳統(tǒng)"8"字形試驗(yàn)方法和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《dl/t5126—2001聚合物改性水泥砂漿試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定的正方形粘結(jié)試驗(yàn)方法,指出了傳統(tǒng)"8"字形試驗(yàn)方法存在的一些不足之處,提出采用正方形直接抗拉試驗(yàn)方法的可靠性,以期推動(dòng)聚合物乳液改性水泥砂漿技術(shù)的試驗(yàn)研究和工程應(yīng)用。

通過三組粘結(jié)試驗(yàn)研究了鋼筋錨桿、砂漿、混凝土三相介質(zhì)錨固體中鋼筋極限拉拔力的大小,并探究了鋼筋直徑、鋼筋類型、粘結(jié)長度對(duì)錨固系統(tǒng)承載力的影響規(guī)律。

采用8字形新老砂漿抗拉粘結(jié)強(qiáng)度的試驗(yàn)方法,研究了丁苯聚合物乳液水泥基界面粘結(jié)材料在不同養(yǎng)護(hù)制度、不同粘結(jié)方法、不同齡期、不同配比條件下的粘結(jié)性能,同時(shí)研究其本體強(qiáng)度變化規(guī)律,對(duì)其粘結(jié)改性機(jī)理進(jìn)行初步探討,并利用掃描電鏡對(duì)界面粘結(jié)微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,其粘結(jié)性能良好,抗折強(qiáng)度可以提高,抗壓強(qiáng)度不顯著下降。

研究丙烯酸酯乳液界面劑對(duì)聚合物水泥膠粘砂漿與擠塑聚苯板間的拉伸粘結(jié)性能的影響。結(jié)果表明,采用界面劑能使兩者間的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度明顯增加;并在擠塑聚苯板粘結(jié)表面涂覆表面劑后,控制適當(dāng)?shù)牧乐脮r(shí)間及適當(dāng)延長膠粘砂漿粘結(jié)后的養(yǎng)護(hù)時(shí)間,有利于拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提高。

人造草絲纖維與水泥砂漿粘結(jié)性能的研究

采用單根纖維直接拉拔的方法,在不同溫度以及不同水灰比條件下,對(duì)鋼纖維與水泥砂漿粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,隨著溫度的升高和水灰比的增大,鋼纖維與水泥砂漿的粘結(jié)性能呈下降趨勢,尤其在700℃時(shí),粘結(jié)強(qiáng)度降低最為顯著。

提出了利用聚丙烯纖維拔出試驗(yàn),分別測定水灰質(zhì)量比、纖維埋入長度、纖維埋入角度和水泥砂漿齡期不同的情況下纖維拔出力-拔出位移曲線,利用掃描電鏡對(duì)纖維砂漿試件斷面形貌進(jìn)行了分析,研究了纖維與水泥砂漿的粘結(jié)性能.研究結(jié)果表明:聚丙烯纖維-水泥砂漿具有較好的粘結(jié)性,聚丙烯纖維粘結(jié)破壞形式為拔出破壞,因此聚丙烯纖維具有較好的耗能阻裂作用;水灰質(zhì)量比、纖維埋入長度、纖維埋入角度、水泥砂漿齡期直接影響著聚丙烯纖維-水泥砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度,其中水灰質(zhì)量比因素影響最大;當(dāng)水灰質(zhì)量比小于0.5時(shí),聚丙烯纖維-水泥砂漿粘結(jié)強(qiáng)度和粘結(jié)功都隨著水灰質(zhì)量比的減小而增大,隨著纖維埋入長度和纖維埋入角度的增大而增大.

通過16組共48個(gè)100mm×100mm×100mm4種纖維混凝土與既有混凝土粘結(jié)的立方體試件劈拉試驗(yàn),研究了新混凝土中纖維種類、纖維摻量對(duì)粘結(jié)試件劈拉性能的影響。結(jié)果表明各種纖維的加入總體上均有利于新老混凝土粘結(jié)性能的提高,效果最佳的是碳納米管,其次是聚丙烯腈纖維,然后是玄武巖纖維和鋼纖維。通過64組共192個(gè)100mm×100mm×100mm纖維增強(qiáng)聚合物改性混凝土與既有混凝土粘結(jié)的立方體試件劈拉試驗(yàn),研究了新混凝土中纖維種類、纖維與聚合物摻量組合對(duì)粘結(jié)試件劈拉性能的影響;苯丙乳液的復(fù)合摻入總體上可進(jìn)一步提高新老混凝土的粘結(jié)劈拉強(qiáng)度;各種纖維與苯丙乳液復(fù)摻時(shí),均存在一個(gè)苯丙乳液摻量的最佳值。

國內(nèi)外對(duì)于鋼——混凝土界面粘結(jié)滑移性能的試驗(yàn)和理論研究一直在不斷深入和完善,基于已有的較成熟理論的型鋼混凝土界面粘結(jié)性能研究,總結(jié)了相關(guān)試驗(yàn)方法;對(duì)于加載初期,界面粘結(jié)應(yīng)力沿錨固長度呈指數(shù)分布這一理論,通過比較兩種計(jì)算公式下粘結(jié)應(yīng)力曲線與實(shí)測曲線的吻合程度,得出采用能量法推出的公式更好的結(jié)論,對(duì)以后相關(guān)鋼——混凝土光滑界面粘結(jié)應(yīng)力試驗(yàn)研究具有一定參考意義.

使用聚合物水泥砂漿進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固時(shí),新老砂漿粘結(jié)性能是加固成功與否的關(guān)鍵所在。通過粘接抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn),研究基底砂漿強(qiáng)度、干濕情況、粗糙程度等因素對(duì)粘結(jié)性能的影響。

采用復(fù)配技術(shù)制備苯丙乳液改性水泥修補(bǔ)砂漿,并進(jìn)行性能研究。探討了聚合物乳液、偏高嶺土、煅燒膨潤土等外加劑對(duì)該砂漿物理性能的影響。結(jié)果表明:苯丙乳液的摻入雖然在一定程度上降低了砂漿的抗壓強(qiáng)度,但顯著改善了水泥砂漿的和易性和需水量。通過摻加偏高嶺土或煅燒膨潤土等火山灰活性摻合料可彌補(bǔ)砂漿力學(xué)性能的不足。